CN207835147U - 可任意配置串联蓄电池组蓄电池单体个数的控制装置 - Google Patents

Abstract

可任意配置串联蓄电池组蓄电池单体个数的控制装置，属于供电电源电池技术领域，包括主控单元、采集与控制执行单元、直流适配单元以及远传接口，所述直流适配单元一端与直流供电母线连接，另一端与采集与控制执行单元串联；所述采集与控制执行单元设置为一个以上，且一个以上的采集与控制执行单元相互串联，采集与控制执行单元与主控单元连接；所述主控单元与远传接口连接；所述远传接口与后台操作系统连接。本实用新型可以做到串联蓄电池组的蓄电池单体冗余备份、超常规配置蓄电池组，既保障供电又保护电池，同时也可以实现废旧电池的梯次利用。

Description

可任意配置串联蓄电池组蓄电池单体个数的控制装置

技术领域

本实用新型属于供电电源电池技术领域，特别是涉及到一种可任意配置串联蓄电池组蓄电池单体个数的控制装置。

背景技术

蓄电池广泛应用于军事、航天、通信、交通、新能源储能、金融、工农业生产等诸多领域，蓄电池的使用总量庞大。目前使用的蓄电池电池存在某些行业蓄电池实际使用寿命远低于设计寿命，更远远低于理论寿命；淘汰下来的蓄电池绝大多数具有梯次利用继续使用价值。超出规定环境温度使用蓄电池以及蓄电池过充电、过放电、欠充电等都缩短蓄电池使用寿命。由于没有技术手段应对只能被动地任蓄电池使用时间缩短，被动地淘汰绝大多数有梯次利用价值蓄电池，造成严重的资源浪费，产生沉重的经济、环境负担。

在实际使用中将多个单体蓄电池串联成蓄电池组使用。制造蓄电池物质决定了蓄电池的自然属性，通常一个单体蓄电池电压低，不能满足用电设备电压要求，需要用多单体蓄电池串联成组匹配用电设备。受工艺水平限制，制造蓄电池时不能做到完全一致，蓄电池编组后组内单体间存在差异。现有的铅酸蓄电池直流后备电源供电系统中，充电设备只能采集电池组组端电压和串联电流，在充电时不能避免蓄电池组内某个或某几个蓄电池单体过充电，同时又有某个或某几个蓄电池单体欠充电。后备电源在供电时，现有的设备只能参考蓄电池组组端电压进行控制，不能避免蓄电池组内某个或某几个蓄电池单体过放电，也不能避免某个或某几个蓄电池单体不能充分释放电能。蓄电池组每发生一次供电充电循环，蓄电池单体之间差异都会增大，加速某个或几个蓄电池单体劣化，缩短整组蓄电池使用寿命。也是由于蓄电池单体之间的差异，蓄电池组充电时必然有部分蓄电池单体过充电，又有部分蓄电池单体欠充电现象，过度充电导致蓄电池发热失水干枯，欠充电导致电池硫化。蓄电池组放电时存在部分单体过放电，且存在多数单体有效储能不能充分释放现象。过充电、欠充电、过放电都会加速蓄电池劣化，提前终结蓄电池组使用寿命。要克服前述弊端的有效方法，是对蓄电池组内每个蓄电池单体进行充放电控制，防止过充电过放电现象发生，也就防止了蓄电池组内单体之间的差异增大从而达到延长电池寿命目的。目前现有电池保护技术强调目标是使串联电池组内每个单体电池电压相等，也叫电池均衡技术。实现电池组的均衡电路主要可概括为能量耗散型和能量转移型两大类。仅局限于所谓电池均衡技术不能实现目前提前淘汰电池梯次利用。

现有串联应用电池组，只要供电规格固定，电池组单体电池数量就固定，单体电池没有备份，一旦电池组中有某个单体故障，电池组将不能对外供电，用电设备断电风险不可控。只能通过再增加一组厂家相同、型号相同、批次相同的电池组并联来加强供电可靠性。两个串联电池组并联后，若有某电池组中有单体蓄电池发生故障另一电池组也会因此故障电池影响加速终结寿命。虽然硬件成本翻倍，用电设备断电风险没有实质改变。因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种可任意配置串联蓄电池组蓄电池单体个数的控制装置，能实现电池梯次利用，既可以做到串联蓄电池单体蓄电池冗余备份，又能在保障供电的同时保护电池。

可任意配置串联蓄电池组蓄电池单体个数的控制装置，其特征是：包括主控单元、采集与控制执行单元、直流适配单元以及远传接口，所述直流适配单元一端与直流供电母线连接，另一端与采集与控制执行单元串联；所述采集与控制执行单元设置为一个以上，且一个以上的采集与控制执行单元相互串联，采集与控制执行单元与主控单元连接；所述主控单元与远传接口连接；所述远传接口与后台操作系统连接；

所述主控单元包括数据处理器、非易失存储器、A/D转换器、通讯接口以及市电断电侦测电路，所述数据处理器包括数据分析模块、数据存储模块以及数据传输模块；

所述采集与控制执行单元包括数据处理器、多开关组、A/D转换器、通讯接口以及非易失存储器，所述数据处理器包括端口配制模块、数据传输模块以及数据分析模块；

所述直流适配单元包括双向变换电源、数据处理器、通讯接口、非易失存储器、电流传感器、A/D转换器电路；所述数据处理器分别与A/D转换器、双向变换电源、通讯接口以及非易失存储器连接；所述电流传感器设置为两个，均与A/D转换器连接。

所述主控单元与直流适配单元以及一个以上的采集与控制执行单元均通过通讯接口连接。

所述直流适配单元内部的双向变换电源包括两个方向的数控限流电路；且直流适配单元输入输出通道分时复用。

所述采集与控制执行单元内部的多开关组为电子开关、继电器节点或同类异类开关组合。

通过上述设计方案，本实用新型可以带来如下有益效果：可任意配置串联蓄电池组蓄电池单体个数的控制装置，可以将要发生过充电或过放电的单体蓄电池切离蓄电池组实施有效保护。加强供电保障，通过配置串联蓄电池组蓄电池单体个数实现单体蓄电池冗余备份提高后备电源供电保障能力，也可以在蓄电池单体少于标配时继续供电，通过双向变换电源固定输出的方法，能够将本实用新型连接的所有单体蓄电池内蓄能全部释放出去，有效延长供电时间。本实用新型能够防止所保护蓄电池的使用寿命缩短，并且具有对蓄电池进行在线养护修复功能，同时可实现错峰用谷的用电功能。本实用新型具有在单体蓄电池失效情况下控制退出的功能，当本实用新型自身出现故障或失效时不影响蓄电池组原备电供电功能。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的说明：

图1为本实用新型可任意配置串联蓄电池组蓄电池单体个数的控制装置整体结构示意图。

图2为本实用新型可任意配置串联蓄电池组蓄电池单体个数的控制装置主控单元结构示意图。

图3为本实用新型可任意配置串联蓄电池组蓄电池单体个数的控制装置采集与控制执行单元结构示意图。

图4为本实用新型可任意配置串联蓄电池组蓄电池单体个数的控制装置直流适配单元结构示意图。

图中1-主控单元、2-采集与控制执行单元、3-直流适配单元、4-远传接口。

具体实施方式

可任意配置串联蓄电池组蓄电池单体个数的控制装置，如图1所示，包括主控单元1、采集与控制执行单元2、直流适配单元3以及远传接口4，所述直流适配单元3一端与直流供电母线连接，另一端与采集与控制执行单元2串联；所述采集与控制执行单元2设置为一个以上，

且一个以上的采集与控制执行单元2相互串联，采集与控制执行单元2与主控单元1连接；所述主控单元1与远传接口4连接；所述远传接口4与后台操作系统连接；

如图2所示，主控单元1包括数据处理器CPU、非易失存储器EP、A/D转换器、通讯接口I/O以及市电断电侦测电路，所述数据处理器CPU包括数据分析模块、数据存储模块以及数据传输模块；主控单元1负责进行数据交换，解析指令并传送出相应的控制执行命令，

负责采集与控制执行单元2、直流适配单元3的数据交换，

设置直流适配单元3的输出电压控制参数、限流控制参数以及交流断电判断阈值。

所述主控单元1通过远传接口4与管理中心管控操作系统间数据交换，负责与采集与控制执行单元2、直流适配单元3间的数据传递，负责各个采集与控制执行单元2下各单体蓄电池运行的监测与控制，

保证全部采集与控制执行单元2下的单体蓄电池储存的电能全部供应出去。保证各蓄电池的蓄能充分利用。

当后备电源处于蓄能备电状态时，主控单元1依据采集与控制执行单元2采集的蓄电池单体参数和工作状态，控制出现过过压情况的蓄电池的切除和投入。并可调整直流适配单元3的电压来匹配蓄电池组的充电电压，保证本实用新型正常运行。

所述主控单元1如图4所示A、B、C、N端，分别连接三相交流电源的A相、B相、C相、零线，通过光电隔离转换后，再经过A/D转换到CPU实现市电断电快速侦测。

主控单元1侦测到市电断电时，迅速向采集与控制执行单元2和直流适配单元3发出供电指令，控制后备电源进入供电状态。当蓄电池组端电压降到供电下限电压时，命令直流适配单元3启动供电输出，满足用电要求，此时蓄电池组端电压是下降的，但直流适配单元3供电电压恒定。

主控单元1可以通过采集与控制执行单元2将备份的单体蓄电池循环投入到电池组中实现备份和扩容双重功能。

主控单元1可以通过直流适配单元3将蓄电池内的剩能量升压后供给用电设备使用，使蓄电池中大部分剩余蓄能得到充分利用，当蓄电池蓄能释放到下限时，通过采集与控制执行单元2对蓄电池进行保护切除，被切除蓄电池单体在本次供电过程中不再参与供电。当组内所有蓄电池单体达到下限或组端达到预定限值时，停止供电进入电池保护状态。

本实用新型运行后只要有单体蓄电池剩余储能，且保证组端电压不低于直流适配单元3中双向变换电源DC/DC输入的设计电压下限值，直流适配单元3保证提供恒定的供电电压，当蓄电池组电压降到下限或电池储能用尽时直流适配单元3停止对外供电，本实用新型进入蓄电池组完全保护状态。

如图3所示，采集与控制执行单元2包括数据处理器CPU、多开关组、A/D转换器、通讯接口I/O以及非易失存储器EP，所述数据处理器CPU包括端口配制模块、数据传输模块以及数据分析模块；A₁与表示前一个采集与控制执行单元2的连接端，A₂与表示后一个采集与控制执行单元2的连接端，B₁₁为本单元组内一号蓄电池正极连接端，B₁₂为本单元组内一号蓄电池负极连接端，B₂₁为本单元组内二号蓄电池正极连接端，B₂₂为本单元组内二号蓄电池负极连接端，B₃₁为本单元组内三号蓄电池正极连接端，B₃₂为本单元组内三号蓄电池负极连接端，B₄₁为本单元组内四号蓄电池正极连接端，B₄₂为本单元组内四号蓄电池负极连接端，B₅₁为本单元组内五号蓄电池正极连接端，B₅₂为本单元组内五号蓄电池负极连接端，B₆₁为本单元组内六号蓄电池正极连接端，B₆₂为本单元组内六号蓄电池负极连接端。

所述采集与控制执行单元2实时与主控单元1保持通信，接受主控单元1下传的各种命令、数据，同时上传主控单元1控制和管理所需的相关数据。

所述采集与控制执行单元2初始按照需要对串联电池组内冗余单体数量、规格进行配置，对单体电池编组排序。

所述采集与控制执行单元2采集并记录本单元内每个单体蓄电池的各个运行数据，同时分析计算连接单元的每个单体蓄电池在上一轮充电后储电量以及本轮供电的预估供电时长。还可以对蓄电池的实际相对容量电池劣化程度进行自评测，为本实用新型的管理升级提供基础数据依据。

在蓄能备电状态运行时，采集与控制执行单元2保证实时监测电池实时参数并与主控单元1通信，所连接的单体蓄电池中有将要出现过充电的时，将该单体蓄电池暂时切离充电回路实施过充电保护，当该单体蓄电池电压恢复到正常值时，采集与控制执行单元2将该单体蓄电池重新投入到充电回路中。运行在供电状态时，采集与控制执行单元2监测的单体蓄电池电压下降到下限时即刻将其切离供电回路，保证蓄电池储能全部释放，同时保护该单体蓄电池本身不发生过放电损害。

当电池组中某单体蓄电池出现故障时，采集与控制执行单元2主动把故障单体蓄电池切离电池组，将备用的单体蓄电池投入到电池组中，实现冗余备份功能，可以有效防止因个别单体蓄电池失效影响整组蓄电池状况发生，提高备用电源的可靠性。

如图4所示，直流适配单元3包括双向变换电源DC/DC、数据处理器CPU、通讯接口I/O、非易失存储器EP、电流传感器M1、电流传感器M2、A/D转换器；所述数据处理器分别与A/D转换器、双向变换电源DC/DC、通讯接口以及非易失存储器连接。所述双向变换电源DC/DC一个方向用于备电即对蓄电池进行充电，另一个方向用于向直流母线供电。

直流适配单元3中U_A+U_A-使用时分别连接直流母线正、负端，U_A为直流母线电压，在备电时双向变换电源DC/DC的输入端电压，

供电时双向变换电源DC/DC输出端电压。U_B+U_B-使用时分别连接第一个采集与控制执行单元2的A₁最后一个采集与控制执行单元2的A₂，U_B在供电时双向变换电源DC/DC的输入端电压，备电时双向变换电源DC/DC输出端电压。

直流适配单元3中的数据处理器在备电时测量直流适配单元3连接的电池组的充电电压和充电电流，接受主控单元1传来的参数及指令，向主控单元1传送直流适配单元3的实时采集的数据。

直流适配单元3接到主控单元1的指令后，开始或结束备电状态，在备电时直流适配单元3根据主控单元1的参数设置限流参数，电压输出参数，当有单体蓄电池进入被保护状态时及时调整电压输出值，确保备电过程顺利完成。

所述主控单元1与直流适配单元3以及一个以上采集与控制执行单元2均通过通讯接口连接。

所述直流适配单元3中的双向变换电源DC/DC内含两个不同方向的数控限流电路。

所述采集与控制执行单元2内部的多开关组为电子开关、继电器节点或同类异类开关组合。

所述每个采集与控制执行单元2均将采集到的电压与电流通过内部数据处理器处理后传输给主控单元1。

Claims (4)

1.可任意配置串联蓄电池组蓄电池单体个数的控制装置，其特征是：包括主控单元(1)、采集与控制执行单元(2)、直流适配单元(3)以及远传接口(4)，所述直流适配单元(3)一端与直流供电母线连接，另一端与采集与控制执行单元(2)串联；所述采集与控制执行单元(2)设置为一个以上，且一个以上的采集与控制执行单元(2)相互串联，采集与控制执行单元(2)与主控单元(1)连接；所述主控单元(1)与远传接口(4)连接；所述远传接口(4)与后台操作系统连接；

所述主控单元(1)包括数据处理器、非易失存储器、A/D转换器、通讯接口以及市电断电侦测电路，所述数据处理器包括数据分析模块、数据存储模块以及数据传输模块；

所述采集与控制执行单元(2)

包括数据处理器、多开关组、A/D转换器、通讯接口以及非易失存储器，所述数据处理器包括端口配制模块、数据传输模块以及数据分析模块；

所述直流适配单元(3)包括双向变换电源、数据处理器、通讯接口、非易失存储器、电流传感器、A/D转换器；所述数据处理器分别与A/D转换器、双向电源、通讯接口以及非易失存储器连接，所述电流传感器设置为两个，均与A/D转换器连接。

2.根据权利要求1所述的可任意配置串联蓄电池组蓄电池单体个数的控制装置，其特征是：所述主控单元(1)与直流适配单元(3)以及一个以上的采集与控制执行单元(2)均通过通讯接口连接。

3.根据权利要求1所述的可任意配置串联蓄电池组蓄电池单体个数的控制装置，其特征是：所述直流适配单元(3)内部的双向变换电源包括两个方向的数控限流电路；且直流适配单元(3)输入输出通道分时复用。

4.根据权利要求1所述的可任意配置串联蓄电池组蓄电池单体个数的控制装置，其特征是：所述采集与控制执行单元(2)内部的多开关组为电子开关、继电器节点或同类异类开关组合。